ارزیابی لرزه‌ای اتصال- پیشنهادی با نبشی و سپری و مقایسه با اتصالات از پیش تأیید شده

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

ارزیابی لرزه‌ای اتصال-ارزیابی لرزه‌ای پیشنهادی با نبشی و سپری و مقایسه با اتصالات از پیش تأیید شده

خلاصه: در سازه‌های فولادی اتصلات نقش مهمی در در رفتار سازه دارند. در این مقاله با استفاده از مدلسازی عددی با نرم افزار اجزای محدود آباکوس سعی بر آن است. که چند مدل مختلف از اتصال تیر به ستون فولادی مدلسازی و مورد بررسی قرار گیرد. این مقاله بر روی اثر نوع اتصال تیر به ستنون با دو نوع اتصال سپری و نبشی مورد بررسی قرار گرفت. از این رو 20 مدل با شرایط متفاوت ضخامت متفاوت و نوع متفاوت دارای سخت کنندگی. و همچنین 6 مدل با ستون دارای پر شدگی از بتن مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت.

جهت مدلسازی از نرم افزار اجزای محدود آباکوس مورد استفاده قرار گرفت. کلیه مدل‌ها در این نرم افزار مدلسازی گردید. برای بارگذاری از بار سیکلی استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد که مدل با سخت کننده سپری دارای ظرفیت بالاتری بوده است. و نسبت به سخت کننده نبشی از 12 تا 28 درصد ظرفیت خمشی بالاتری در اتصال داشته است. با افزایش ضخامت نبشی و یا سپری اتصال تیر به ستون تا حدود 12 تا 25 درصد ظرفیت افزایش داشته است.

در ضخامت 18 میلیمتر ظرفیت لنگر به میزان 12 درصد افزایش و در ضخامت 20 میلیمتر به میزان 25 درصد افزایش مشاهده گردید. مدل ستون پر و انباشت از بتن نسبت به مدل مشابه بدون بتن نزدیک 15 تا 25 درصد اختلاف دارند. و مدل ستون پر شده با بتن از ظرفیت باربری بیشتری برخوردار است.

1-مقدمه

اتصالات وظیفه انتقال نیروها از یک عضو سازه به عضو دیگر سازه و یا به تکیه‌گاه را بر عهده دارند. بررسی عملکرد اتصالات در سازه‌های فولادی از اهمیت بالاتری برخوردار است. و چنانچه طراحی و اجرای این اتصالات با دقت انجام نشود. موجب خرابی در اتصال می‌شود و همچنین تأثیرات مخربی نیز بر اعضای سازه و در نتیجه کل سازه خواهد داشت.

در دهه 1960 مهندسین سازه بر این باور بودند که سیستم قاب‌های مقاوم خمشی فولادی با اتصالات جوشی. در رده شکل‌پذیرترین سیستم‌های سازه‌ای قرار دارند و اگر خسارت سازه‌ای رخ دهد. محدود به جاری شدن اعضای قاب بوده و اتصالات آن به صورت الاستیک باقی می‌مانند. با وقوع زلزله نورثریج در 27 ژانویه سال 1994 بسیاری از ساختمان‌ها که سیستم سازه‌ای آنها. از قاب مقاوم خمشی فولادی بود دچار شکست ترد در ناحیه اتصال تیر به ستون شدند.

به دنبال مطالعات خرابیها زلزله نورثریج، مشخص شد. آنچه در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها علاوه بر مقاومت و سختی بایستی در نظر گرفته شود، شکل‌پذیری است. این فلسفه جدید طراحی لرزه‌ای، به طراح این اجازه را می‌دهد. که بخش‌هایی از سازه را ضعیف‌تر از بخش‌های دیگر طراحی نماید. تا در هنگام زلزله این بخش‌های ضعیف حتماً وارد ناحیه پلاستیک شوند و باعث جذب و اتلاف انرژی زلزله گردند [1].

وانگ و همکاران [2]، در سال 2019 به بررسی رفتار تیر فولادی متصل به ستون پر و انباشت از بتن CFT با صفحه انتهایی پرداخته‌اند. اتصالات ستون پر و انباشت از بتن عملکرد عالی در مقاومت در برابر بارهای لرزه‌ای در مناطق پر خطر ارائه می‌دهد. با این حال، مکانیسم انتقال بار از این نوع اتصال هنوز ناشناخته است. و در این زمینه مطالعات به اندازه کافی نمی‌باشد. از اینرو در این مقاله به بررسی رفتار اتصال تیر به ستون پر و انباشت از بتن با صفحه انتهایی مورد بررسی قرار گرفت.

در این مقاله از طریق آزمایشات و تجزیه و تحلیل عناصر محدود این اتصال را مورد ارزیابی قرار می‌دهد. حالت‌های شکست، مقاومت، سختی، انعطاف‌پذیری و اتلاف انرژی این نوع اتصال را مورد بررسی قرار داده‌اند. نتایج آزمایش نشان داد که صفحات در اتصالات CFT. می‌توانند به طور مؤثری مفصل پلاستیکی را بر روی تیر به دور از ستون منتقل کنند و باعث کاهش نیرو می‌شود.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

احمدی و همکاران [3]، در سال 2019، به بررسی آزمایشگاهی اتصال خمشی با ورق سخت کننده پرداخته‌اند. در این مطالعه به بررسی اتصال خمشی جدید برای تیر فولادی توخالی (HSS). و ستون‌های لوله پر از بتن (CFT) با استفاده از تکنیک درون صفحه پرداخته‌اند. پروتکل بارگذاری براساس AISI/AISC341-16 انتخاب گردید. یک نیروی فشاری محوری مربوط به 10% از ظرفیت محوری ستون بر روی ستون اعمال گردید.

اهداف این مطالعه براساس آزمایش انجامی شامل: (1) ارزیابی عملکرد اتصال تحت بارگذاری چرخه‌ای. و (2) ارزیابی مؤلفه‌های اتصال برای استخراج پارامترهای طراحی کلیدی. برای بررسی تأثیر بتن به عملکرد اتصال، یکی از ستون‌ها به صورت HSS. و یکی دیگر به صورت ستون‌های CFT با استفاده از همان لوله فولادی تولید شدند. در کلیه نمونه‌ها، مفصل پلاستیک در تیر متمرکز است.

بدون اینکه به ستون یا اجزای اتصال آسیب برساند. اتصا پیشنهادی از مقاومت، سختی و انعطاف‌پذیری بسیار بالایی برخوردار است. و به عنوان یک اتصال مقاومت و سخت طبقه‌بندی می‌شود. علاوه بر این، این رفتار پایدار چرخه‌ای و اتلاف انرژی زیاد تا حداقل 6% از طبقه را نشان می‌دهد. و ضوابط لرزه‌ای AISC را به عنوان یک اتصال خمشی خاص برآورده می‌کند.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

در مطالعه دیگر که توسط آتماجی و همکاران [4]، در سال 2019، بر روی مدل اتصال فولادی پر و انباشت از بتن انجام پذیرفت. خلاصه‌ای از این تحقیق به این شرح می‌باشد.

انواع مختلفی از فناوری ساختاری به سرعت شروع به توسعه کردند که یکی از آنها فولاد کامپوزیت بود. فولاد کامپوزیت (لوله یا باکس بتنی) سازه‌ای است که از دو یا چند ماده با خواص مواد مختلف متشکل است. و یک واحد را تشکیل می‌دهد تا خواص ترکیبی بهتری تولید کند. در مقایسه با فولاد معمولی، این ستون دارای مزایای بسیاری از قبیل قالب‌بندی مناسب برای هسته‌های بتنی. ایجاد توسط لوله‌های فولادی، افزایش مقاومت و انعطاف‌پذیری خوب است.

این مطالعه با در نظرگیری تغییرات در ستون CFT در اتصال با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس. از ستون CFT به عنوان متغیر اصلی استفاده می‌کند. روش تحقیق از دو مرحله تحلیل تشکیل شده است. یکی تحلیل استاتیکی عمومی و دیگری تحلیل استاتیکی ریسک می‌باشد. نتایج این دو روش تحلیل نزدیک و رفتار یکسانی را از خود نشان می‌دهد. مدلسازی الزامات اتصالات تیر به ستون را که می‌تواند در سیستم سازه‌ای قاب بتنی کامپوزیت استفاده شود، برآورده کرده است.

بر اساس نتایج مدل‌سازی، اتصال قابلیت انعطاف‌پذیری کافی را برآورده کرده است.

محققین دیگر بر روی ضوابط آیین‌نامه اروپا تحقیقاتی انجام داده‌اند [5]. دیوار برشی فولادی یکی از انواع سیستم‌های بار بر جانبی می‌باشد که استفاده از آن در صنعت ساختمان رو به گسترش است. عملکرد مناسب دیوار برشی فولادی که بر اساس گسترش میدان کششی می‌باشد. تا حد زیادی دارای وابستگی به المان‌های مرزی شامل تیرها و ستون‌ها می‌باشد.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

به عبارت دیگر در فرایند استهلاک انرژی طی تسلیم ورق نازک جان نیروهای قابل ملاحظه‌ای به المان‌های مرزی وارد می‌گردد. از این رو برای آنکه سازه مجهز به سیستم دیوار برشی فولادی از عملکرد مناسبی برخوردار باشند. می‌بایست المان‌های مرزی علی‌الخصوص ستون‌ها دارای رفتار الاستیک باشند. در این مقاله برای کنترل رفتار الاستیک ستون‌ها استفاده از ستون‌های دارای مقاطع قوطی شکل فولادی. پر و انباشت با بتن بعنوان المان مرزی و نیز پانل‌های حلقه‌ای شکل بعنوان ورق جان پیشنهاد شده است.

به منظور کنترل رفتار الاستیک ستون، بیرون کشیدگی بال مجاور ورق پر کننده مورد بررسی قرار گرفته شده است. مشاهده می‌شود که استفاده از ورق‌های حلقه‌ای شکل اثر قابل ملاحظه‌ای در کاهش بیرون کشیدگی بال ستون دارند. به عبارت دیگر استفاده از ورق‌های حلق‌دار می‌تواند از تسلیم المان‌های مرزی قائم جلوگیری کند [6].

در کار قلعه‌نویی و همکاران [7]، در سال 2019، در پژوهشی با رویکرد آزمایشگاهی. به مطالعۀ رفتار ستون‌های فولادی پر و انباشت از بتن (CFT) تحت بار فشاری با خروج از مرکزیت پرداخت شد. در این پژوهش 6 نمونه ستون CFT با مقطع شش ضلعی و با طول 150 سانتی‌متر تحت آزمایش قرار گرفت. بتن مورد استفاده به عنوان هسته‌ی مقطع از نوع بتن ساده و بتن الیافی بوده است.

تغییر مکان‌ها در دو راستای محور طولی و تغییر مکان جانبی ناشی از لنگر خمشی مورد برداشت قرار گرفت. و نمودار نیرو -تغییر مکان برای تمامی نمونه‌ها و در هر دو جهت رسم گردید. ظرفیت باربری و میزان جذب انرژی محاسبه و مورد تحلیل و مقایسه قرار گرفت. همچنین برای نمونه‌هایی که تحت بار فشاری خالص قرار دارند، مدول کشسان و سختی الاستیک نیز حاصل گردید.

افزایش مقاومت هسته‌ی بتنی به طور قابل توجهی ظرفیت باربری نمونه‌ها را افزایش می‌دهد. به طوری که افزایش حدوداً 50% مقاومت هسته‌ی بتنی سبب افزایش حدوداً 20% ظرفیت باربری نمونه می‌شود. اما با ایجاد لنگر و افزایش آن از تأثیر مقاومت هستۀ بتنی به شدت کاهشی می‌شود. همچنین براساس نتایج مشخص گردید نمونه‌های پر و انباشت از بتن الیافی دارای جذب انرژی بیشتری. نسبت به بتن نمونه‌های پر و انباشت از بتن ساده می‌باشند.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

حجازی و همکاران [8]، در سال 1397، بر روی پارامترهای عملکرد اتصال جوشی تحت بارگذاری چرخه‌ای مطالعه‌ای انجام دادند. در این تحقیق رفتار صفحات اتصال در قاب فولادی مهاربندی همگرا با استفاده از مهاربند با پروفیل دوبل و لقمه‌های اتصال بررسی گردید. رفتار این نوع اتصال با استفاده از مقایسه انرژی اتلاف شده. کرنش‌های پلاستیک جوش اتصال صفحه به تیر، ستون و مهاربند، کرنش‌های پلاستیک وسط دهانه مهاربند. و نیز مطالعه تنش‌های فون میزز و کرنش‌های پلاستیک صفحه مورد بررسی قرار گرفت.

پارامترهای مورد بررسی شامل ضخامت صفحه اتصال، شکل صفحه اتصال. استفاده از خطوط خمش خطی و بیضوی و عدم وجود خط آزاد خمش، استفاده از سخت کننده در لبه ورق، طولی و داخلی. و استفاده از مهاربندی با پروفیل تکی یا دوبل می‌باشند. بررسی پارامتری به روش آنالیز غیرخطی سه بعدی المان محدود با استفاده از نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس صورت پذیرفت. بررسی‌ها نشان داد که حذف خط آزاد خمش مقادیر کرنش‌های پلاستیک جوش اتصال صفحه به مهاربند. و کرنش‌های پلاستیک صفحه اتصال را به شدت افزایش می‌دهد. بیشترین مقدار اتلاف انرژی در نمونه با سخت کننده در لبه ورق بوده است. که نسبت به نمونه بدون سخت کننده 15/4% افزایش یافته است.

در کار حجازی و همکاران [9]، در سال 1394، با استفاده از مدل سازی عددی به روش اجزا محدود غیرخطی. در محیط نرم افزار آباکوس، به بررسی رفتار ستون‌های مرکب شامل لوله‌های فولادی پر و انباشت از بتن تحت بارگذاری جانبی. و تحت بار محوری فشاری پرداخته شده است. مدل‌های مورد بررسی در این تحقیق ببه دو دسته (الف) ستون‌های مرکب یک سر آزاد و یک سر گیردار. که در سر آزاد خود تحت بار محوری فشاری قرار گرفته‌اند و (ب) ستون‌هایی با دو انتهای گیردار. که در وسط ارتفاع خود تحت تغییر مکان جانبی قرار گرفته‌اند، تقسیم شده‌اند.

در مدل‌های گروه (الف) اثر عواملی نظیر طول ستون و نوع تماس بین هسته بتنی و جداره فولادی. بر روی ظرفیت باربری محوری ستون بررسی شده است. مطابق نتایج حاصله در ستون‌های کوتاه در حالت تماسی نامقید، ستون مرکب ظرفیت باربری محوری بیشتری دارد. بر اساس نتایج تحلیل مدل‌های گروه (ب) با افزایش طول ستون، ظرفیت باربری جانبی آن‌ها به شدت کاهش می‌یابد.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

ناطقی الهی و طباطبایی [10] در تحقیق خود به بررسی رفتار اتصال خمشی تیر به ستون مورد تقویت با استفاده از صفحات کناری پرداختند. استفاده از تیرهای I شکل و ستون‌های قوطی در سازه‌های فولادی ایران در ساختمان‌های بلند بسیار متداول است. نقطه ضعف اساسی این سازه‌ها اتصالات آنهاست. برای اصلاح این اتصالات استفاده از اتصال با صفحه‌ی کناری توصیه می‌شود.

برای دسترسی به رفتار این نوع اتصال از تحلیل استاتیکی غیرخطی و با استفاده از برنامه‌ی انسیس. رفتار هیسترزیس این اتصال با توجه به تغییر ابعاد تیر و ستون و تغییر ضخامت ورق کناری تحلیل گردید. نتایج این تحقیق نشان داد سیستم اتصال نیز با ستون با صفحات کنار قادر است. تمام ظرفیت خمشی پلاستیک تیر را به ستون انتقال دهد و باعث تشکیل مفصل پلاستیک در درون تیر شود.

لذا این سیستم اتصال در طبقه اتصالات کاملاً مقاوم قرار می‌گیرد. نمودارهای استخراجی از نتایج تحلیل نشان دهنده‌ی مقاومت، سختی و میزان شکل‌پذیری قابل قبول. برای این اتصال پیشنهادی است و می‌توان از آنها در قاب‌های خمشی ویژه در مناطقی با لرزه‌خیزی زیاد استفاده کرد. یکی از مهم‌ترین مزایای این اتصال عدم نیاز به ورق‌های پیوستگی در داخل ستون است.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

مایکول و همکاران [11]، در سال 2019 با استفاده از مدل آزمایشگاهی به بررسی رفتار اتصال تحت شرایط بار ثقلی و بار زلزله پرداختند. در این مطالعه به طور خاص، مقاومت جانبی و مکانیسم‌های مقاومت جانبی قاب، مورد آزمایش قرار گرفت. و با شبیه‌سازی عددی براساس روش‌های مدل‌سازی پیشرفته مقایسه شده‌اند. دیتاهای حاصل از این آزمایش‌ها بینش ارزشمندی در مورد رفتار قاب و تأیید مدل‌های قاب در سطح سیستم مورد بیان می‌دهند.

یوسوجا و همکاران [12]. در مقاله‌ای بر روی اتصالات ستون‌های پر و انباشت از بتن مطالعه انجام دادند. در این مطالعه در گام اول ادبیات موجود در مورد مقاومت خمشی لوله‌های فولادی پر و انباشت از بتن دایره‌ای (CFSTs) مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از یک پایگاه دیتا بسیار گسترده از آزمایش‌های خمشی انتشاری. نسبت به مطالعات مروری قبلی، کاربرد و محافظه‌کاری چهار استاندارد طراحی رایج. برای ارزیابی ظرفیت خمشی CFST های دایره‌ای از طریق این بررسی اثبات گردید.

این مورد بدون توجه به نوع بتن مورد استفاده برای پر کردن لوله‌های فولادی CFST دایره‌ای تأیید شد. تجربه و تحلیل قابلیت اطمینان انجامی بر اساس 219 آزمایش خمشی CFST دایره‌ای حاصل گردید. از ادبیات، تأیید می‌کند که عوامل ظریف مورد بیان برای فولاد و بتن در AS/NZS 2327. سطح اطمینان کافی را برای طراحی سازه فراهم می‌کند.

فاکتورهای ظرفیت تنظیمی برای شاخص قابلیت اطمینان هدف از مقادیر مورد ارائه در استاندارد فراتر رفت و در نتیجه محافظه‌کاری آیین‌نامه را تأیید کرد. علاوه بر این، مشخص شد که محدودیت‌های مشخص شده برای رفتار فشرده در استانداردهای طراحی به طور قابل توجهی محافظه کارانه هستند. آزمایش‌های خمشی بیشتر روی لوله‌های با قطر بزرگ‌تر با دیواره‌های نازک‌تر و استحکام فولاد بالاتر برای تعیین محدودیت‌های واقعی مورد نیاز است. همچنین برای تعیین تأثیر روش ساخت لوله فولادی بر ظرفیت خمشی CFST های دایره‌ای، آزمایش‌های بیشتری لازم است.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

نادر فنایی و همکاران [13] در مقاله‌ای به بررسی رفتار اتصال تیر به ستون فولادی پر و انباشت با بتن. با سخت کننده‌های T شکل پرداختند. تحقیقات آنها تمرکز تنش را در محل اتصال نشان داد که منجر به کاهش انعطافپذیری می‌شد. در این پژوهش دو مجموعه از مدل‌های تحلیلی با سوراخ‌های ثابت و متغیر مورد بررسی قرار گرفت.

در مطالعه‌ای بر روی رفتار لرزه‌ای اتصال فولادی پیشنهادی با ستون قوطی شکل پر و انباشت با بتن مورد بررسی قرار گرفت. و نتایج این مطالعات نشان داد که تعداد سوراخ بهینه و الگوی مناسب سوراخ کاری بال تیر عملکرد. و رفتار لرزه‌ای اتصال را بهتر کرده است [14].

وانگ و همکاران [15]، در سال 2019 به بررسی عملکرد اتصال فولادی با آلیاژ حافظه‌دار پرداختند. و نتایج این تحقیق نشان از عملکرد خوب و انعطاف پذیری اتصال در هنگام بار زلزله بسیار شدید و همچنین کارآیی بالای این اتصال داشت. علاوه بر این، مدل تحلیلی از طریق مقایسه با نتایج آزمایش به دست آمده در حالت‌های حد اصلی مورد تأیید قرار گرفت.

در این پژوهش، با استفاده از نرم‌افزار آباکوس، اتصال تیر به ستون فولادی پر و انباشت با بتن و بدون بتن مدلسازی شده است. و اثر سپری و نبشی در محل اتصال بررسی گردید. این کار با تغییر در ضخامت نبشی و سپری یک بار برای اتصال تیر به ستون قوطی پر و انباشت. با بتن و یک بار برای اتصال تیر به ستون فولادی انجام گردید. علاوه بر این اتصالات از پیش مورد تأیید مبحث دهم مقررات ملی ساختمان نیز جهت مقایسه و بررسی رفتار اتصال مدلسازی گردید. در آخر، مؤثرترین و بهینه‌ترین حالت اتصال معرفی گردید.

و رفتار آن با اتصال از پیش مورد تأیید مبحث دهم مقررات ملی ساختمان مقایسه گردید. در این مطالعه سعی بر آن است که دو نوع اتصال پیشنهادی با مقاطع پروفیل‌های سپری و نبشی که در بازار موجود می‌باشد، ارائه شود. از اینرو مزیت استفاده از این مقاطع این می‌باشد که نیاز به ساخت قطعه جهت اتصال نمی‌باشد.

و با برش می‌توان اتصال را فراهم نمود. علاوه بر این مقطع سپری سختی بیشتری نسبت به مقطع نبشی دارد و این یک مزیت برای این نوع اتصال می‌باشد. اتصال از پیش مورد تایید، به دلیل روش اجرای آن ممکن است به خوبی اجرا نشود و در عملکرد آن اختلال به وجود بیاید. ولی در اتصال مورد نظر کافی است که فاصله‌ها و برش‌های دقیق اجرا شود و در این صورت از لحاظ اجرایی راحت‌تر و سریع‌تر می‌باشد.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

پروفیل سپری به دلیل شکل خاص آن از سختی بالاتری برخوردار می‌باشد. و این امر منجر به افزایش سختی اتصال می‌گردد. اتصال با نبشی به صورت شکل پذیرتر بوده است. یکی از نکات در این اتصال نبشی و سپری تقارن بین بالا و پایین آن است. در حرکت رفت و برگشت زلزله‌ این تقارن به نحوه مناسبی عمل نموده است. و این امر در نمودارهای هیسترزیس نیز مشاهده می‌شود که در قسمت فشاری و کششی عملکرد مناسبی داشته است.

از طرفی یکی دیگر از دلایل پایین قرار دهی نبشی به این دلیل است که در حرکت رفت و برگشت زلزله. در قسمت انتهای بالا و جان تیر نیروی ناشی از لنگر خمشی زیاد است. و این امر منجر به لهیدگی بال نبشی شود. در صورتی که نبشی به صورت برعکس روی اتصال نصب شود. ولی در این حالت با اتکا به بال و جان تیر و همچنین افزایش سختی از لهیدگی آن جلوگیری می‌شود.

2-شرح روند انجام پژوهش

1-2- صحت سنجی

در این بخش جهت حصول اطمینان از صحت نتایج تحلیل‌های انجامی توسط نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس. یک نمونه اتصالات تیر به ستون فولادی انجامی توسط ژولی و همکاران [16]. با استفاده از نرم افزار آباکوس مدل سازی شد و تحت عنوان نمونه‌های Abaqus نام‌گذاری گردید.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

در ادامه نمونه‌های مذکور تحت بارگذاری چرخه‌ای افزاینده مورد تحلیل قرار گرفت و نتایج حاصل از تحلیل با نتایج مطالعه آزمایشگاهی کنترل می‌شود. مقطع تیر از نوع H400✗150✗8✗12 که به ترتیب ارتفاع، طول بال، ضخامت جان و ضخامت بال (بر حسب میلیمتر). و مقطع ستون از نوع باکس به طول و عرض 750✗200 با ضخامت 10 میلیمتر می‌باشد.

جهت مدل‌سازی بتن از المان‌های مکعبی هشت گره‌ای و برای تیر، ستون و ورق T شکل سخت کننده از المان توپور Solid استفاده گردید. همچنین هندسه مورد مدل‌سازی با استفاده از دستور پارتیشن‌بندی برای مش‌بندی منظم، پارتیشن‌بندی گردیده است.

شرایط مرزی نمونه آزمایشگاهی به این صورت بود که تغییر مکان تمامی گره‌های واقع در بالا و پایین ستون به صورت گیردار مقید گردیدند. همچنین برای کمانش خارج از صفحه تیر نیر در قسمت میانی مقید گردیده است. کلیه شرایط مرزی و تکیه گاهی در مدلسازی اعمال گردیده است. بارگذاری نیز به صورت تاریخچه زمانی به مانند شکل 3 به مدل اعمال گردید.

منحنی حاصل از کار مدل J₁ و مقاله در شکل 4 با هم مقایسه شده‌اند.

با بررسی اختلاف دو مدل نمایان است که نیروی مورد اندازه‌گیری در نرم افزار آباکوس 11 درصد بیشتر از نیروی آزمایشگاهی حاصل می‌گردد. که آن هم به علت شرایط مدلسازی ایده‌آل در نرم افزار آباکوس می‌باشد. این خطا نیز طبیعی می‌باشد. زیرا شرایط آزمایشگاهی و مدلسازی با هم تفاوت‌هایی دارند. که بخشی از آن مربوط به تفاوت مصالح و جنس مصالح است.

که در آزمایشگاه و مدل نرم افزاری تعریف می‌شود. علاوه بر این در نرم افزار تقریباً شرایط ایده‌آل مد نظر قرار گرفت. و موجب این خطا شده است. در کل با تطبیق لنگر و دوران مدل و نمونه آزمایشگاهی نمایان می‌شود که این تطبیق به صورت مناسبی حاصل گردید.

2-2-شرح مدلسازی

برای ستون از مقطع ستون باکس شکل با ابعاد 550 در 550 با ضخامت 20 میلیمتر مورد استفاده قرار گرفت. و عرض بال تیر I شکل b_fb=20cm،ضخامت بال تیر t_fb=1.6cm، ضخامت جان تیر t_wb=1.02cm،

عمق جان تیر d_b=50cm است. در جدول 2 مشخصات تیر و ستون در اتصال مورد مطالعه نمایان و مشخص است.

فاصله آکس به آکس ستون‌های دو طرف تیر 5/2 متر می‌باشد. پارامترهای در نظر گرفته شده در جدول 3 برای مدل‌ها عبارتند از:

• سخت کننده به صورت سپری و نبشی در نظر گرفته شده است.
• ضخامت سخت کننده در سه رده 20,18,15 میلیمتر مدنظر قرار گرفت. سه رده از ضعیف به قوی تنظیم شده است. و در این حالت درصد افزایش سختی و شکل پذیری به همراه مقاومت بدست می‌آید.

• با توجه به پارامترهای فوق تعداد مدل‌ها 26 عدد شده است.
• در تعداد 6 عدد از مدل ستون از بتن پر شده است. مقاومت فشاری بتن 25 مگاپاسکال اعمال شده است.

در جدول مشخصات مدل‌ها مورد مطالعه به همراه نامگذاری آنها نمایان و مشخص است.

در جدول 3 مشخصات مدل‌های مورد مطالعه ارائه گردید.

از ویژگی‌های این اتصال اجرای راحت و سریع این اتصال است. از جمله مزایای دیگر آن مونتاژ اتصال در کارگاه می‌باشد. و به راحتی می‌توان نبشی و یا سپری را بر روی تیر جوش داد. و از طرف دیگر اتصال بسیار ساده می‌باشد. از دیگر ویژگی‌های این اتصال می‌توان به این مورد اشاره کرد.

که با توجه به اینکه نبشی و سپری در بازار موجود می‌باشد. لذا اجرای آن ارزان‌تر تمام خواهد شد. در هنگام زلزله نیز اگر خرابی در اتصال اتفاق بیفتد قابل تعویض و جایگزین می‌باشد. و از اینرو یکی دیگر از ویژگی‌های این اتصال می‌باشد.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

بارگذاری مانند نمونه صحت سنجی انجام گردید. شرایط تکیه‌گاهی برای دو انتها ستون از مفصل انتخاب شد. بارگذاری نیز از پروتکلی که در شکل 3 نمایش داده شده است. این پروتکل براساس استاندارد ANSI/AISC341-10 [17] می‌باشد. برای مصالح تیر و ستون از فولاد ST37 بکارگیری شد. شکل 5 شرایط تکیه‌گاهی و نحوه بارگذاری در آن نمایان و مشخص است.

در این پژوهش رفتار تک محوره فولاد به وسیله‌ی مدل پلاستیسته‌ی کلاسیک فلزاتClassiacal Metal Plasticity در نرم افزار آباکوس شبیه‌سازی شدند. در شکل 6 منحنی تنش-کرنش فولاد مورد استفاده در این مطالعه نمایان و مشخص است.

مشخصات مصالح مصرفی در جدول 4 ارائه شده است.

نمودار بتن در کشش و فشار در شکل 7 و 8 نمایان و مشخص است. در ادامه به بررسی نتایج حاصل از مدل‌ها پرداخته می‌شود.

3- یافته‌ها

در این بخش نتایج عددی حاصل از مدلسازی مدل‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج مورد حاصل از مدلسازی در نرم افزار اجزای محدود آباکوس می‌باشد.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

1-3-مقایسه تنش‌ها

در این قسمت تنش‌های ایجادی در مدل‌ها براساس بار اعمالی نمایش دهی می‌شود. در شکل 9 تنش مایزز حاصل از نرم افزار نمایش دهی گردید.

با توجه به شکل 9 مشاهده می‌شود. که همان طور که نمایان و مشخص است در محل تیر از جایی که سخت کننده قرار داده شده است. تنش در تیر از همه نقاط بیشتر می‌شود و این تنش تا نزدیکی 200 سانتیمتر از محل تیر ادامه می‌یابد. و در بال و جان تیر رخ می‌دهد. بیشترین میزان تنش در محل مورد محافظت تیر اتفاق رخ می‌دهد. همانطور که ار روی شکل‌ها نمایان و مشخص است در اتصال RBS علاوه بر تنش کمانش و اعوجاج نیز رخ می‌دهد.

در اتصال پیشنهادی نمایان می‌شود که توزیع تنش به نسبت در سطح وسیع‌تری رخ می‌دهد. و همچنین در این مدل اتصال به دلیل اینکه توزیع تنش در سطح وسیع‌تری رخ می‌دهد. باعث آن است تا از کمانش و اعوجاج نیز در مدل جلوگیری شود.

2-3- در این قسمت کرنش‌های پلاستیک معادل ایجادی در مدل‌ها بر اساس بار اعمالی نمایش دهی می‌شود.

همانطور که از روی شکل 10 مشاهده می‌شود. کرنش پلاستیک در محل‌هایی که توزیع تنش بیشتر می‌باشد، نمایان و مشخص است. بال و جان تیر نیز دچار کرنش پلاستیک شدند.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

3-3-نمودارهای هیسترزیس

در این قسمت نمودار هیسترزیس ایجادی در مدل‌ها بر اساس بار اعمالی نمایش دهی می‌شود. در نمودارهای هیسترزیس جهت مقایسه مناسب روی نمودار دو خط در بالا و پایین. که نشان می‌دهد 80 درصد ظرفیت خمشی اتصال است با نام 0.8MP نمایان است. جهت رسم سطوح عملکرد منطبق با نشریه 360 وان مجاز اتصال محاسبه بر اساس پارامترهای اعلامی. در این نشریه سطوح مختلف از روی دوران تسلیم محاسبه شده است [18].

در شکل 11 نمودار هیسترزیس مدل‌ها نمایان و مشخص است. لنگر اعمالی بر روی هر مدل با هم مقایسه گردید. همانطور که مشاهده می‌شود. در مدل DS03 نمودار لنگر بیشتری تحمل نموده است. و این امر منجر به افزایش جذب انرژی و سطح زیر منحنی می‌گردد.

از طرفی در این مدل نمودار روند افزایشی داشته است. در مدل DS03 نمودار دارای افزایش ظرفیت باربری لنگر بوده است. و در قسمت لنگر زوال کمتری نمایان و مشخص است. سطح زیر منحنی اتصال از پیش مورد تأیید کوچکتر از اتصال پیشنهادی می‌باشد. از طرفی لنگر قابل تحمل اتصال پیشنهادی کمتر از اتصال از پیش مورد تأیید مبحث دهم [19] می‌باشد. با توجه به شکل مشاهده می‌شود در اتصال پیشنهادی افت و زوال مقاومت کمتر بوده است.

و در حالی که در اتصال مبحث دهم افت و زوال مقاومت اتصال مبحث دهم زیاد بوده است. در نهایت با توجه به اجرای راحت اتصال پیشنهادی نسبت به اتصال مبحث دهم از اینرو می‌توان گفت. که عملکرد اتصال پیشنهادی مناسب و بهتر نسبت به مبحث دهم مقررات ملی می‌باشد.

4-جمع بندی

با استفاده از نتایج عددی حاصل از نرم افزار آباکوس نمودار و اعداد مربوط به مکانیزم لنگر استخراج گردید. در شکل 12 نمودار مقایسه‌ای لنگر مدل‌ها نمایان و مشخص است.

در مقایسه‌ای که بین مدل با بتن و بدون بتن انجام گردید. مشاهده می‌شود که مدل با بتن بین 7 تا 18 درصد ظرفیت بالاتری نسبت به بدون بتن دارد. در شکل 12 تمامی مدل‌های مورد مطالعه در این پایان نامه نمایش داده شده است. مقایسه نتایج BSEEP که دو نوع ستون BOX و I شکل قرار داده است. مشاهده می‌شود که ستون BOX شکل نزدیک 10 درصد ظرفیت باربری بالاتری دارد. در شکل 13 مدل با بهترین نتیجه با مدل با بدترین نتیجه مقایسه شده است.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

همانطور که مشاهده می‌شود در مدل DS03 نمودار لنگر بیشتر تحمل نموده است. و این امر منجر به افزایش جذب انرژی و سطح زیر منحنی گردید. از طرفی در این مدل نمودار روند افزایشی داشته است. در مدل DS03 نمودار دارای افزایش ظرفیت باربری لنگر بوده است.

در شکل 14 مدل اتصال از پیش مورد تأیید مبحث دهم نیز با بهترین مدل یعنی DS-03 مقایسه گردید.

همانطور که از روی شکل نمایان و مشخص است، سطح زیر منحنی اتصال از پیش مورد تأیید کوچکتر از اتصال پیشنهادی می‌باشد. از طرفی لنگر قابل تحمل اتصال پیشنهادی کمتر از اتصال مبحث دهم می‌باشد. با توجه به شکل مشاهده می‌شود که شکل پذیری در اتصال پیشنهادی مساوی اتصال مبحث دهم می‌باشد.

در اتصال پیشنهادی افت و زوال مقاومت کمتر بوده است. در حالی که در اتصال مبحث دهم افت و زوال مقاومت اتصال مبحث دهم زیاد بوده است. و در نهایت با توجه به اجرای راحت اتصال پیشنهادی نسبت به اتصال مبحث دهم. از اینرو می‌توان گفت که عملکرد اتصال پیشنهادی مناسب و بهتر نسبت به مبحث دهم مقررات ملی می‌باشد.

ارزیابی لرزه‌ای اتصال

5- نتیجه‌گیری

• در کلیه اتصالات مورد تنش در ناحیه مورد حفاظت تیر و در طول این فاصله از بقیه نقاط بیشتر می‌باشد. در اتصال از پیش مورد تأیید RBS علاوه بر تنش در تیر کمانش و اعوجاج نیز حادث گردید. در اتصال BSEEP نیز در محل انتهای سخت کننده نیز جمع شدگی رخ داده است. یکی از ویژگی‌های اتصال پیشنهادی این می‌باشد که سختی موضعی در یک ناحیه مانند اتصال BSEEP در یک ناحیه زیاد نمی‌باشد.

• از اینرو این سختی موضعی موجب ایجاد کمانش در مدل گردید. در اتصال پیشنهادی به دلیل یکنواخت‌تر بودن سختی این موضوع مشاهده نشده است. علاوه بر این در اتصال RBS نیز به دلیل کاهش سختی باز هم کمانش در اتصال حادث گردید. از اینرو یکی از ضعف‌های اتصالات کاهش سختی و یا افزایش سختی موضعی در یک ناحیه از اتصال می‌باشد.

• در اتصال پیشنهادی با سپری و نبشی مشاهده می‌شود. که توزیع تنش به نسبت اتصالات از پیش مورد تأیید مبحث دهم مقررات ملی ساختمان در سطح وسیع‌تری از ناحیه تیر حادث گردید. و همچنین در این مدل اتصال به دلیل اینکه توزیع تنش در سطح وسیع‌تری حادث گردید. باعث گردید تا از کمانش و اعوجاج نیز در مدل جلوگیری شود.
• مدل با سخت کننده سپری دارای ظرفیت بالاتری بوده است و نسبت به سخت کننده نبشی از 12 تا 28 درصد. ظرفیت خمشی بالاتری در اتصال داشته است.
• با افزایش ضخامت نبشی و یا سپری اتصال تیر به ستون تا حدود 12 تا 25 درصد ظرفیت افزایش داشته است. در ضخامت 18 میلیمتر به مقدار افزایش ظرفیت لنگر به میزان 12 درصد افزایش و در ضخامت 20 میلیمتر. به میزان 25 درصد افزایش مشاهده شده است.

• خرابی و مفصلی در ستون مشاهده نشده است.
• با بررسی رفتار نمودارهای هیسترزیس مشاهده می‌شود که در اتصالات با سپری دارای سطح زیر منحنی بزرگتری بوده است.
• در این مطالعه به علت اینکه اتصال تیر به ستون دارای سختی زیاد بوده است. مفصل در تیر تشکیل شده است. که این مفصل در بال و بخشی از جان تیر متشکل است.
• نتایج حاصل از نمونه ستون پر و انباشت از بتن نمایان می‌کند. که ظرفیت باربری آن نسبت به بدون بتن 15 تا 25 درصد افزایش داشته است.
• با مشاهده تنش در نمونه ستون پر و انباشت با بتن نمایان می‌کند. که میزان تنش ایجادی در ستون نسبت به نمونه بدون بتن کمتر می‌باشد. که می‌توان علت آن را استفاده از ظرفیت فشار بتن دانست که موجب می‌گردد. که توزیع تنش در ستون میان دو مصالح بتنی و فولادی توزیع شود و از مقدار آن روی سطح کم شود.

علی پروی، مهدی وجدیان، سینا ناصری

1- گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، واحد خمین، دانشگاه آزاد اسلامی، خمین، ایران.

2-گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، واحد الیگودرز، دانشگاه آزاد اسلامی، الیگودرز، ایران.

استیل دی –Steel day

02166396590– 09922704358

آدرس دفتر مرکزی: تهران – جاده قدیم کرج – بعد از کارخانه شیرپاستوریزه – فتح سیزدهم – مجتمع پایتخت- واحد C9

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی (با کلیک بر روی لینک های زیر به ما بپیوندید)

https://t.me/steel_day تلگرام

https://www.instagram.com/steel_day.ir اینستاگرام